CN113092823A - 高精度宽量程转速发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度宽量程转速发生装置。该装置包括：控制单元，其包括位置传感器、FPGA模块和微处理器，位置传感器与FPGA模块通信连接，FPGA模块与微处理器通信连接；机电单元，包括伺服电机、电子转换器、齿轮增速机构、低转速输出轴和高转速输出轴，伺服电机与所述电子转换器电连接，与齿轮增速机构机械连接，与低转速输出轴和高转速输出轴传动连接；以及输入输出单元。该装置基于伺服电机、两级高精密齿轮增速机构和FPGA技术来实现0.1～100000r/min标准转速的宽量程发生和精确控制，能够完成对转速表、转速测量仪和转速传感器准确可靠的接触式或非接触式宽量程转速检测校准。
Description
技术领域
本发明涉及计量测试技术领域，更具体地，涉及一种用于接触式或非接触式转速测量仪表和转速传感器检测的高精度宽量程转速发生装置。
背景技术
转速是是描述各种旋转机械运转技术性能的一个重要参量，是力学运动学计量的基础，而旋转机械的转速均需利用转速测量仪表或转速传感器及二次仪表来实现测量，其中属于工作器具的转速测量仪表和转速传感器被社会各行业广泛选用。比如转速测量仪表和转速传感器是机械行业必备的仪器之一，用来测定电机的转速或频率，常用于电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业，涉及国民经济各个领域。各种类型的转速测量仪表及转速传感器都必须通过转速标准装置或转速发生装置来检定或校准。
在计量测量领域，为了保证量值统一或测量准确可靠，对转速测量仪表和转速传感器的测量范围和测量误差进行检测是一项重要工作。在国内，转速测量仪表的传统检测往往使用无刷电机配合五级齿轮变速装置靠五个转速输出轴来组成标准转速装置，覆盖5～100000r/min的转速输出范围，如中国专利“标准转速装置”（申请号：201420626207.5）所公开的。另一种扩展转速测量上限则基于微型电机和FPGA技术，靠一个转速输出轴来组成标准转速装置，覆盖3000～120000r/min的转速输出范围，如中国专利“转速标准装置”（申请号：201620473050.6）所公开的。此外，使用高速伺服电机连接增速传动箱与减速传动箱的组合配置，覆盖0～20000r/min的转速输出范围，如中国专利“转速特性校准装置”（申请号：202010208262.2）所公开的。
随着近年来航空航天、国防军工、医疗卫生以及一些高新技术产业的飞速发展，现有的这两类转速标准装置和一类转速特性校准装置在测量范围及测量精度方面已经不能满足来自国防建设和民生安全的宽量程转速计量需求。
在现有技术中，通常使用无刷电机配合齿轮变速装置，通过五级增速减速来实现输出范围的扩展，其所能达到的转速范围为5～100000r/min，使用微型电机和FPGA技术，其所能达到的转速范围为3000～120000r/min，及使用高速伺服电机连接增速传动箱与减速传动箱的组合配置，覆盖0～20000r/min的转速输出范围，都已经不能满足常用宽量程转速测量仪表测量范围0.1～100000r/min的宽量程要求。并且，无刷电机配合五级齿轮变速装置，结构复杂、外形笨拙，运行时振动、噪声较大，由于五级变速的误差积累：在转速为5～1000r/min 时不确定度为1×10-4，在转速为1000～100000r/min 时为5×10-5，高速伺服电机连接增速传动箱与减速传动箱的组合配置也存在多级变速的误差积累，而微型电机的机械磨损导致精度降低、稳定性不佳、且使用寿命不长，不能满足检测高精度转速测量仪1×10-5的高准确度要求。
发明内容
本发明的目的是提出了一种高精度宽量程转速发生装置，其基于伺服电机、两级大增速比高精密齿轮增速机构和FPGA技术来实现标准转速的宽量程发生和精确控制。FPGA模块用于转速的实时控制，运算精度高、抗电磁干扰能力强。针对传统分离安装的两级齿轮增速机构的增速比不高、转速范围较窄、速度波动大、溅油润滑损耗大，本发明采用整体安装、油脂润滑的两级高精密齿轮增速机构，减小齿轮加工误差及装配误差，增速比为1：10，且运转平稳、速度波动小。本发明能够完成对转速表、转速测量仪和转速传感器准确可靠的接触式或非接触式宽量程转速检测校准，转速输出的不确定度优于1×10-5。
本发明采用以下解决方案：
一种高精度宽量程转速发生装置，该装置可以包括：
电源单元；
控制单元，包括位置传感器、FPGA模块和微处理器，所述位置传感器与FPGA模块通信连接，所述FPGA模块与所述微处理器通信连接；
机电单元，包括伺服电机、电子转换器、齿轮增速机构、低转速输出轴和高转速输出轴，所述伺服电机与所述电子转换器电连接，与所述齿轮增速机构机械连接，与所述低转速输出轴和高转速输出轴传动连接，所述低转速输出轴能够带动60齿的标准转速齿轮盘转动或带动光电信号反射盘转动，所述高转速输出轴能够带动光电信号反射盘转动，通过该标准转速齿轮盘或光电信号反射盘，待检测的转速测量仪表和转速传感器可对高精度宽量程转速发生装置的输出转速的进行接触式或非接触式测量；
其中，所述伺服电机与所述位置传感器通信连接，且所述的伺服电机转速上限能够达到12000r/min；
所述的转速发生装置的转速范围为0.1～100000r/min，不确定度优于1×10-5；
所述的齿轮增速机构采用整体安装、油脂润滑的两级高精密齿轮增速机构。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，齿轮增速机构可以为两级增速，其增速比为1：10。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，低转速输出轴的输出转速范围可以为0.1～10000r/min。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，高转速输出轴的输出转速范围可以为10～100000r/min。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，低转速输出轴可以带动60齿的标准转速齿轮盘转动。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，低转速输出轴可以带动光电信号反射盘转动。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，高转速输出轴可以带动光电信号反射盘转动。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，输入输出单元可以包括用户交互界面。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，用户交互界面可以为触摸显示屏。
优选地，在该高精度宽量程转速发生装置中，控制单元、电源单元和输入输出单元可以集成在同一机箱。
本发明的有益效果：本发明采用伺服电机、两级高精密齿轮增速机构和FPGA技术来实现标准转速的宽量程发生和精确控制，其中两级高精密齿轮增速机构具有级数少、增速比高、结构合理以及传动过程积累机械误差小的特点，而伺服电机通过位置传感器反馈信号，且位置传感器由FPGA进行反馈控制，因此可实现低转速输出轴和高转速输出轴的可调、可控转速设定，使得高精度宽量程转速发生装置能够完成对接触式式或非接触式式转速测量仪表和转速传感器准确可靠的转速检测校准。本发明的转速范围宽、转速下限低，并且运行噪声振动小、抗干扰能力强、操作灵活便捷、价格低廉。
附图说明
通过结合附图对公开的示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明的示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高精度宽量程转速发生装置的总体结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一个实施例的高精度宽量程转速发生装置的总体结构示如图1所示，该高精度宽量程转速发生装置可以包括：控制单元100、机电单元200、电源单元300和输入输出单元400。控制单元100可以包括位置传感器101、FPGA模块102和微处理器103，其中，位置传感器101与FPGA模块102通信连接，FPGA模块102与微处理器103通信连接。机电单元200可以包括伺服电机201、电子转换器202、齿轮增速机构203、低转速输出轴204和高转速输出轴205，其中，伺服电机201与电子转换器202电连接，与齿轮增速机构203机械连接，与低转速输出轴204和高转速输出轴205传动连接。输入输出单元400与微处理器103通信连接，与电子转换器202以及电源单元300电连接。在该高精度宽量程转速发生装置中，伺服电机201与位置传感器101通信连接，其中，伺服电机可采用松下的MHMF042L1U2M，转速上限达到12000r/min，其对应的驱动器为MCDLN35SC。
用户通过输入输出单元400输入设定的转速，利用电子转换器202将输入的转速转换为驱动伺服电机201的信号。位置传感器101实时测量伺服电机201的转速，通过将所测量的转速与输入的转速进行比较，通过FPGA模块102和微处理器103的信号处理，从而将伺服电机201的转速控制在输入的转速上。本发明的高精度宽量程转速发生装置基于伺服电机、两级高精密齿轮增速机构和FPGA技术来实现标准转速的宽量程发生和精确控制，能够完成对转速表、转速测量仪和转速传感器准确可靠的接触式或非接触式宽量程转速检测校准。
在一个示例中，齿轮增速机构203可以为两级增速，其增速比为1：10，两级齿轮增速的增速比高、结构合理、运行特征稳定，能够实现可靠的转速输出。
在一个示例中，低转速输出轴204的输出转速范围可以为0.1～10000r/min。
在一个示例中，高转速输出轴205的输出转速范围可以为10～100000r/min。
在一个示例中，低转速输出轴204可以带动60齿的标准转速齿轮盘转动。
在一个示例中，低转速输出轴204可以带动光电信号反射盘转动。
在一个示例中，高转速输出轴205可以带动光电信号反射盘转动
在一个示例中，输入输出单元400可以包括用户交互界面。用户可以通过用户交互界面输入设定的转速。
在一个示例中，用户交互界面可以为触摸显示屏。
在一个示例中，控制单元100、电源单元300和输入输出单元400可以集成在同一机箱。
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出三个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
应用示例1：利用本发明的高精度宽量程转速发生装置对激光式转速测量仪进行检测。
激光式转速测量仪的激光传感器发射的测量光束照射在根据本发明的高精度宽量程转速发生装置的低转速输出轴204或高转速输出轴205上，通过本装置输出轴上带动的光电信号反射盘对高精度宽量程转速发生装置的输出转速进行测量。通过高精度宽量程转速发生装置的触摸显示屏，在转速范围1～100000 r/min按1、3、5系列进行输出转速的设置，完成对转速测量仪的测量范围和测量误差的检测。测量结果表明，激光式转速测量仪在本发明转速范围1～100000 r/min内的扩展测量不确定度为0.001％。
应用示例2：利用本发明的高精度宽量程转速发生装置对光电数字转速表进行检测。
光电数字转速表的光电传感器发射的测量光束照射在本发明高精度宽量程转速发生装置的低转速输出轴204或高转速输出轴205上，通过本装置输出轴上带动的光电信号反射盘对高精度宽量程转速发生装置的输出转速进行测量。通过高精度宽量程转速发生装置的触摸显示屏，在转速范围1～99999 r/min按1、3、5系列进行输出转速的设置，完成对光电数字转速表的测量范围和测量误差的检测。测量结果表明，光电数字转速表在本发明转速范围1～99999 r/min内的最大允许误差为0.05％。
应用示例3：利用本发明的高精度宽量程转速发生装置对磁电式转速传感器进行检测。
磁电式转速传感器靠近本发明高精度宽量程转速发生装置的低转速输出轴204带动的60齿标准转速齿轮盘，传感器前端面与齿顶间隙在（0.5~1.5）mm且与齿轮轴心线垂直并相交，对高精度宽量程转速发生装置的输出转速进行测量。通过高精度宽量程转速发生装置的触摸显示屏，按300 r/min、500 r/min、1000 r/min、3000 r/min、5000 r/min、7000r/min进行输出转速的设置，完成对磁电式转速传感器测量误差的检测。测量结果表明，磁电式转速传感器在本发明转速范围300～7000 r/min内的测量误差为±1r/min。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，包括：
电源单元；
控制单元，包括位置传感器、FPGA模块和微处理器，所述位置传感器与FPGA模块通信连接，所述FPGA模块与所述微处理器通信连接；
机电单元，包括伺服电机、电子转换器、齿轮增速机构、低转速输出轴和高转速输出轴，所述伺服电机与所述电子转换器电连接，与所述齿轮增速机构机械连接，与所述低转速输出轴和高转速输出轴传动连接；以及
输入输出单元，与所述微处理器通信连接，与所述电子转换器和所述电源单元电连接，
其中，所述伺服电机与所述位置传感器通信连接，且所述的伺服电机转速上限能够达到12000r/min；
所述的转速发生装置的转速范围为0.1～100000r/min，不确定度优于1×10-5；
所述的齿轮增速机构采用整体安装、油脂润滑的两级高精密齿轮增速机构。
2.根据权利要求1所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述齿轮增速机构为两级增速，其增速比为1：10。
3.根据权利要求2所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述低转速输出轴的输出转速范围为0.1～10000r/min。
4.根据权利要求2所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述高转速输出轴的输出转速范围为10～100000r/min。
5.根据权利要求1所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述低转速输出轴能够带动60齿的标准转速齿轮盘转动。
6.根据权利要求1所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述低转速输出轴能够带动光电信号反射盘转动。
7.根据权利要求1所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述高转速输出轴能够带动光电信号反射盘转动。
8.根据权利要求1所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述输入输出单元包括用户交互界面。
9.根据权利要求8所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述用户交互界面为触摸显示屏。
10.根据权利要求1所述的高精度宽量程转速发生装置，其特征在于，所述控制单元、电源单元和输入输出单元集成在同一机箱。
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| CN202110500163.6A CN113092823A (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 高精度宽量程转速发生装置 |
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| CN202110500163.6A CN113092823A (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 高精度宽量程转速发生装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114236179A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 江苏丰仪同创互联科技有限公司 | 基于图像识别技术的转速表检定装置及自动化检定方法 |
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2021
- 2021-05-08 CN CN202110500163.6A patent/CN113092823A/zh active Pending
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| CN114236179A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 江苏丰仪同创互联科技有限公司 | 基于图像识别技术的转速表检定装置及自动化检定方法 |
| CN114236179B (zh) * | 2021-12-21 | 2023-12-01 | 江苏丰仪同创互联科技有限公司 | 基于图像识别技术的转速表检定装置及自动化检定方法 |
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